主要的光學(xué)薄膜器件包括反射膜、減反射膜、偏振膜、干涉濾光片和分光鏡等等,它們在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用,獲得了科學(xué)技術(shù)工作者的日益重視.例如采用減反射膜后可使復(fù)雜的光學(xué)鏡頭的光通量損失成十倍的減小;采用高反射膜比的反射鏡可使激光器的輸出功率成倍提高利用光學(xué)薄膜可提高硅電池的效率和穩(wěn)定性.
最簡單的光學(xué)薄膜模型是表面光滑、各向同性的均勻介質(zhì)膜層.在這種情況下,可以用光的干涉理論來研究光學(xué)薄膜的光學(xué)性質(zhì).當(dāng)一束單色光平面波入射到光學(xué)薄膜上時(shí),在它的兩個(gè)表面上發(fā)生多次反射和折射,反射光和折射光的方向有反射定律和折射定律給出,反射光合折射光的振幅大小則有菲涅爾公式確定.光學(xué)薄膜根據(jù)其用途分類、特性與應(yīng)用可分為∶反射膜、增透膜/減反射膜、濾光片、偏光片/偏光膜、補(bǔ)償膜/相位差板、配向膜、擴(kuò)散膜/片、增亮膜/棱鏡片/聚光片、遮光膜/黑白膠等.相關(guān)衍生的種類有光學(xué)級保護(hù)膜、窗膜等.
光學(xué)薄膜的特點(diǎn)是∶表面光滑,膜層之間的界面呈幾何分割膜層的折射率在界面上可以發(fā)生躍變,但在膜層內(nèi)是連續(xù)的;可以是透明介質(zhì),也可以是吸收介質(zhì)可以是法向均勻的,也可以是法向不均勻的.實(shí)際應(yīng)用的薄膜要比理想薄膜復(fù)雜得多.這是因?yàn)椤弥苽鋾r(shí),薄膜的光學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)偏離大塊材料,起表面和界面是粗糙的,從而導(dǎo)致光束的漫反射膜層之間的相互滲透形成擴(kuò)散界面由于膜層的生長、結(jié)構(gòu)、應(yīng)力等原因,形成了薄膜的各種向異性;膜層具有復(fù)雜的時(shí)間效應(yīng).反射膜一般可分為兩類,一類是金屬反射膜,一類是全電介質(zhì)反射膜.此外,還有將兩者結(jié)合的金屬電介質(zhì)反射膜,功能是增加光學(xué)表面的反射率.
一般金屬都具有較大的消光系數(shù).當(dāng)光束由空氣入射到金屬表面時(shí),進(jìn)入金屬內(nèi)的光振幅迅速衰減,使得進(jìn)入金屬內(nèi)部的光能相應(yīng)減少,而反射光能增加.消光系數(shù)越大,光振幅衰減越迅速,進(jìn)入金屬內(nèi)部的光能越少,反射率越高.人們總是選擇消光系數(shù)較大,光學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定的金屬作為金屬膜材料.在紫外區(qū)常用的金屬薄材料是鋁,在可見光區(qū)常用鋁和銀,在紅外區(qū)常用金、銀和銅,此外,鉻和鉑也常作一些特種薄膜的膜料.由于鋁、銀、銅等材料在空氣中很容易氧化而降低性能,所以必須用電介質(zhì)膜加以保護(hù).常用的保護(hù)膜材料有一氧化硅、氟化鎂、二氧化硅、三氧化二鋁等.
金屬反射膜的優(yōu)點(diǎn)是制備工藝簡單,工作的波長范圍寬缺點(diǎn)是光損大,反射率不可能很高.為了使金屬反射膜的反射率進(jìn)一步提高,可以在膜的外側(cè)加鍍幾層一定厚度的電介質(zhì)層,組成金屬電介質(zhì)反射膜.需要指出的是,金屬電介質(zhì)射膜增加了某一波長(或者某一波區(qū))的反射率,卻破壞了金屬膜中性反射的特點(diǎn).
